Platform Stewart Pengimbangan Bola Terkawal PID: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Motivasi dan Konsep Keseluruhan:

Sebagai ahli fizik dalam latihan, saya secara semula jadi tertarik kepada, dan berusaha memahami sistem fizikal. Saya telah dilatih untuk menyelesaikan masalah yang rumit dengan memecahkannya menjadi bahan asas dan asas mereka, kemudian membina masalah dari sana. Walaupun saya telah mempelajari mekanik dan elektromagnetisme dari prinsip pertama, saya masih belum menggunakannya dalam beberapa aplikasi fizikal. Saya akhirnya akan mendapat peluang ini dengan membuat robot yang menggunakan teori kawalan automatik untuk menyeimbangkan bola secara automatik pada platform yang rata dan terkawal sepenuhnya, semuanya sendiri!

Dalam cara ini; yang dimaksudkan untuk penggodam, pengaturcara, atau jurutera yang mahir secara teknikal, kami akan menggunakan Arduino Uno sebagai platform mikrokontroler kami. Gelung maklum balas tertutup pertama kali dimulakan apabila merasakan kedudukan galas bebola logam padat yang tergeletak di skrin resistif sentuhan rata, yang memberi umpan kembali bola dengan segera. Kedudukan ini kemudian dimasukkan ke dalam pengawal proporsional-integral-derivative (PID), yang telah kami atur ke dalam Arduino Uno. Saya telah menjadikan kod ini sebagai sumber terbuka dan dihubungkan dalam projek. Pengawal ditugaskan untuk mengembalikan bola ke posisi yang dipilih pengguna di atas meja, walaupun terganggu secara signifikan. Platform sokongan struktur yang akan kita gunakan dikenali sebagai "platform Stewart," dan disokong oleh enam batang penghubung bebas yang digerakkan oleh motor servo yang akan memberikan kebebasan hingga enam darjah; Terjemahan X, Y dan Z, roll, pitch dan yaw (putaran masing-masing mengenai paksi X, Y, dan Z). Membangun dan memprogram platform yang sangat mudah alih menghadirkan cabarannya sendiri, jadi untuk projek ini, kami hanya akan memanggil tahap kebebasan yang sesuai, menjadikan yang lain sebagai peningkatan fungsi pilihan, jika pengguna menginginkannya. Seiring dengan platform yang menggerakkan bola ke salah satu set posisi yang ditentukan pengguna statik, pengaturcara lanjutan akan mudah untuk meningkatkan program dan menambahkan beberapa panache dengan menggantikan kedudukan pengguna yang statik, yang ditentukan, dengan jejak separa berterusan pengguna jalan yang ditentukan, seperti gambar lapan, lintasan bulat, nama anda dalam kursif, atau kegemaran saya aliran langsung stylus atau jari seseorang pada peranti mudah alih mereka sendiri! Selamat menggodam!

Langkah 1: Dapatkan Bahan

Bahan yang Diperlukan:

1. Beberapa helai akrilik 1/4 "dan 1/8"

2. 6 - Servo Motor (Kami menggunakan Servo HS5485HB)

3. 6 - Batang Penyambung Berulir (Boleh Laras)

4. 6 - Servo Arm Machined CNC dengan pelbagai lubang untuk disesuaikan

5. 12 - Hujung Batang Sendi Heim

6. 6 - Batang (Boleh Laras)

7. Kit USB Panel Layar Sentuh Resistif 1- 17”(kedudukan kedudukan galas bola)

Langkah 2: Sediakan Bahan

Cara terbaik untuk mendapatkan potongan akrilik adalah dengan menggunakan cam laser. Akses ke satu sukar, jadi akrilik juga boleh dipotong dengan mudah menggunakan alat pemotong apa pun yang anda kenal, dilatih dengan betul, dan dapat beroperasi dengan selamat. Sekiranya saya melakukan ini di rumah misalnya, saya akan menggunakan gergaji tangan. Bentuk keseluruhan platform Stewart tidak sepadan dengan model yang saya bina. Walau bagaimanapun, saya ingin menunjukkan beberapa peluang penyederhanaan. Pertama, jauh lebih mudah untuk memetakan derajat kebebasan pitch and roll dengan menggunakan tiga asas, bukannya dua standard. ini dilakukan dengan menjadikan penyambungan batang penghubung ke platform sebenar sebagai segitiga sama sisi. Ini membolehkan anda mengabaikan semua komplikasi dalam mencari tahap kebebasan (DOF) dari awal, sebaliknya kami menggunakan 3 "asas" bebas linear yang hanya merupakan peta sudut segitiga yang naik. Ini akan menjadi sukar bagi anda atau saya untuk menulis koordinat dalam asas ini, tetapi saling bergantung antara asas ini mudah dikendalikan oleh kod tersebut. Andaian penyederhanaan ini adalah kunci untuk mengabaikan semua kerumitan geometri. Lihat gambar MS Paint gambar dan papan putih untuk keterangan.

Setelah kepingan dipotong, anda perlu mengebor semua lubang, di mana batang penghubung dan sambungan bola anda bersambung. Hati-hati untuk memadankan ukuran lubang dengan perkakasan yang betul yang anda gunakan. Ini sangat penting agar pengikat pilihan anda berfungsi. Ukuran lubang berdasarkan ukuran paip yang anda perlukan untuk pengikat anda. Untuk melakukan ini, cari rujukan dalam talian untuk ukuran tap, jenis nada dan utas tertentu (baik berbanding kursus). Saya mengesyorkan benang kursus untuk akrilik, tetapi jika anda mesti menggunakan benang halus, ia mesti berjaya, kerana itulah yang kami gunakan pula. Sekarang masanya untuk beralih ke perhimpunan.

Langkah 3: Menyusun Bahan

Himpunkan bahan dengan terperinci dengan teliti. Berhati-hatilah untuk tidak melepaskan skru. Setelah ini selesai, anda perlu menukar perkakasan dengan mengukur dan menggerudi lubang yang lebih besar dan mengetuknya, atau anda perlu memotong sekeping akrilik yang baru. Perhatikan juga berhati-hati dengan skrin tahan sentuhan. Ia rapuh !!! Bagaimanapun, ia adalah lapisan kaca yang nipis. Perhatikan bahawa kita sendiri mengalami kemalangan.

Langkah 4: Pengaturcaraan

Pengaturcaraan boleh memakan masa. Di sinilah kemahiran pengaturcaraan anda benar-benar dapat membuahkan hasil. Anda tidak perlu menulis kod dari awal, tetapi jika anda dapat mencari kod sumber yang dikomentari dan disusun dengan baik untuk diubah suai, itu menjadikan kehidupan menjadi lebih mudah. Inilah pautan ke kod sumber kami: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, bantu diri anda! Ia pasti tidak dioptimumkan, tetapi berjaya! Ingat bahawa kami menggunakan tiga asas bebas bukan ortoganal, tidak linear untuk peta kawalan. Kami hanya membaca semua dalam x, y dan pemetaan ke A, B, dan C. Respons ini kemudian diselaraskan secara global untuk menyesuaikan berapa banyak atau lebih yang kita mahukan sistem itu bertindak balas.

Langkah 5: Menguji

Di sini kita menguji tahap kebebasan. Perhatikan sekarang bagaimana tiga asas kita terbayar! Sebagai contoh, untuk mendapatkan roll DOF, kita hanya turun satu unit di sebelah kiri, sambil naik satu unit di sebelah kanan, dan sebaliknya untuk arah yang lain. Penting juga untuk melakukan kerja penyaringan bunyi yang cukup baik dari skrin sentuh anda. Ini sangat penting untuk memiliki data yang baik untuk dimasukkan ke dalam PID anda.

Langkah 6: Nikmati dan Nikmati

Fasa ujian sebenarnya hanya untuk mengeluarkan bug. Di sini, kami menumpukan pada penyesuaian sistem kawalan. ini dilakukan dengan terbaik dengan algoritma pratetap. Kegemaran saya adalah menghampirinya seperti masalah kelembapan kritikal, Ahem! Saya seorang ahli fizik! Oleh itu, anda mematikan jangka masa pelembapan! Yaitu istilah terbitan, yang bertindak seperti istilah seret. Sekarang bola akan berayun dengan liar! Namun, tujuannya adalah agar ayunan sedekat mungkin dengan harmonik, tidak tumbuh atau membusuk, dengan sebaik mungkin. Setelah selesai, anda menghidupkan istilah terbitan, dan menyesuaikan sehingga ia kembali ke keseimbangan secepat mungkin. Ini adalah apabila pelembapan kritikal dicapai. Walau bagaimanapun, jika ini tidak berfungsi, terdapat banyak skema penalaan lain yang terbukti dengan baik untuk sistem yang dikendalikan PID. Saya dapati ini di wikipedia, di bawah pengawal PID. Terima kasih banyak kerana melihat-lihat projek saya, dan sila hubungi sebarang pertanyaan, saya dengan senang hati akan menjawab sebarang pertanyaan yang anda ada. Nota khas: Saya ingin menunjukkan bahawa projek ini dari awal hingga akhir dilakukan oleh Miracle Max Guerrro, dan saya sendiri dalam masa kurang dari empat minggu, termasuk menunggu dua minggu untuk layar baru yang tersekat dalam adat istiadat, setelah yang pertama pecah. Oleh itu, maafkan bahawa ini jauh dari prestasi yang sempurna. Selamat menggodam!